Langaton tiedonsiirto teollisuudessa

Esitys aiheesta: "Langaton tiedonsiirto teollisuudessa"— Esityksen transkriptio:

1 Langaton tiedonsiirto teollisuudessa
Anturi- ja toimilaiteverkot Elektroniikkaratkaisut Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

2 Seinäjoki University of Applied Sciences
Otsikoita Onko langattomuudella käyttöä Ideaalinen langaton tekniikka Bluetooth Zigbee RFID TUTWSN SWiN –projekti Kehityksen suunta Väitteitä Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

3 Sopiiko langattomuus teollisuusympäristöön ?
Ongelmia: Uusi, tuntematon tekniikka Tiedonsiirron luotettavuus riippuu ympäristöstä Reaaliaikaisuusongelma Tekniikka kehitetty multimediaa varten Hyötyjä: Ei kaapelointia, edullinen käyttöönotto Muutostyöt vaivattomia Hyvä mekaaninen ja sähköinen vikasietoisuus Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

4 Langattomuuden tavoitteet
Jos langaton tiedonsiirto, tarvitaan myös langaton energiansyöttö ja siirrettävyys. Virtalähteenä akku, paristo, valokenno, generaattori tms. Jos energia rajattu, teknologia täytyy olla hyvin pienitehoista. Onko langattomuudesta hyötyä teollisuudessa nykyisillä ratkaisuilla ? Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

5 Ideaalisen verkon elektroniikka:
1-2 piirin ratkaisu: yksinkertainen, luotettava kytkentä ja rakenne Riittävästi laskenta- ja muistiresurssia Edullinen: yleisesti saatavilla olevat komponentit Erittäin pienivirtainen eli toimii ympäristöstä saatavalla energialla Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

6 Ideaalisen verkon ominaisuudet
Homogeeninen tiedonsiirto: kuka tahansa kenelle tahansa miten kauaksi tahansa. Kaikki solmut samanlaisia: ei hierarkiaa eikä osoitteiden ja ominaisuuksien asettelua. Dynaamisesti muotoutuva, vikasietoinen mobiiliverkkoon soveltuva itsekorjautuva reititys. Fyysinen ja looginen paikoitus. Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

7 Ideaalisen verkon soveltuvuus
Anturi- ja toimilaiteverkoksi teollisuuteen Dynaamisesti toteutettuun kunnon- ja käytönvalvontaan Kiinteistöautomaatioon Viljelytekniikan mittausverkkoihin Maatalouksien automatisointiin Uusiin sovelluksiin Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

8 Langattoman tiedonsiirron OSI - protokollapino
Säätö/ohjaussovellus Sovelluskerros (Application Layer, APL) Tiedon generointi ja purku Kuljetuskerros (Transport Layer, API) Tiedon reititys Verkkokerros (Network Layer, NWK) Tiedonsiirron varmistukset Siirtoyhteyskerros (Data link layer, MAC) Radiosignaalin modulointi, lähetys ja vastaanotto Fyysinen kerros (Physical Layer, PHY) Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

9 Seinäjoki University of Applied Sciences
Bluetooth IEEE Isäntä-orja –arkkitehtuuri Pikoverkossa (Piconet) yksi isäntä ja max. 7 orjaa. Picoverkot kytkeytyvät huonosti toisiinsa (Scatternet) Suurivirtainen Uuden laitteen kytkeytymisaika max. 2.5 sek Ei sovellu teollisuusautomaation käyttöön Silvola, HAS-projekti, ZigBee ja Bluetooth 1.2 ja niiden soveltuminen automaation käyttöön Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

10 Bluetooth –piiri STLC2500C
Koko x4.5 mm Nastoja >=46 Aktiivivirta mA Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

11 Seinäjoki University of Applied Sciences
Bluetooth - esimerkki Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

12 Seinäjoki University of Applied Sciences
UWB -impulssiradio Erittäin lupaava, yksinkertainen ja nopea tekniikka Standardointi vie sitä kuitenkin BlueTooth’n suuntaan, jolloin se soveltuu huonosti teollisuuskäyttöön Prosessori-lehti, marraskuu 2004, artikkeli: Nopeat laiteyhteydet langattomiksi Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

13 Seinäjoki University of Applied Sciences
Zigbee + IEEE Seinäjoen teknologiakeskus, ZigBee -katsaus Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

14 Seinäjoki University of Applied Sciences
Zigbee IEEE Monia topologiavaihtoehtoja: star, mesh, cluster tree. FFD (Full Function Device) toimii reitittimenä, ei yleensä paristokäyttöinen Pienivirtainen RFD (Reduced Function Device) toimii orjana, tiedonsiirto vain FFD:n kautta Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

15 Seinäjoki University of Applied Sciences
Zigbee –piiri AT86RF230 Koko 5x5 mm Nastoja 32 Aktiivivirta 17 mA Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

16 Seinäjoki University of Applied Sciences
Zigbee - esimerkki Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

17 ZigBee -sovellusalueet
Seinäjoen teknologiakeskus, ZigBee -katsaus Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

18 Seinäjoki University of Applied Sciences
RFID Erittäin halpa tagi / kallis lukulaite Rajatut ominaisuudet Pääasiassa yksisuuntainen liikenne Soveltuu erinomaisesti logistiikan tarpeisiin Ei juuri mitään resurssia Aktiivinen RFID (oma virtalähde) voisi soveltua anturiverkkoon Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

19 Seinäjoki University of Applied Sciences
TUTWSN Kaikki solmut voivat toimia reitittiminä ja ovat pienivirtaisia. Reitityksessä huomioitu energiansäästö Topologia perustuu klustereihin. Klusterin pääsolmu voi olla toisen klusterin alisolmu. Klusterinmuodostus ja reititys muotoutuu automaattisesti muutoksien mukaan. Suhonen J., Kuorilehto M., Hännikäinen M. & Hämäläinen T, D , Cost-Aware Dynamic Routing Protocol for Wireless Sensor Networks - Design and Prototype Experiments Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

20 Seinäjoki University of Applied Sciences
TUTWSN – nRF2401A -piiri Koko 5x5 mm Nastoja 24 Aktiivivirta 18mA Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

21 Seinäjoki University of Applied Sciences
TUTWSN - esimerkki Suhonen J., Kuorilehto M., Hännikäinen M. & Hämäläinen T, D , Cost-Aware Dynamic Routing Protocol for Wireless Sensor Networks - Design and Prototype Experiments Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

22 SWiN -hankkeen tavoitteet Seamk Wireless Network
Yksinkertaisin mahdollinen rakenne Erittäin pienivirtainen (10uA alisolmu) Homogeeninen multi-hop-reititys Paikannus reititystietojen perusteella Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

23 Seinäjoki University of Applied Sciences
SWiN –piiri: nRF24L01 Koko 4x4 mm Nastoja 20 Aktiivivirta mA Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

24 Seinäjoki University of Applied Sciences
SWiN - esimerkkejä Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

25 Seinäjoki University of Applied Sciences
Vertailua Pieni nopeus Suuri nopeus Käytettävyys Ideaalinen TUTWSN (SWiN) ZigBee RFID (UWB) BlueTooth Hinta Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

26 Tärkeimmät ominaisuudet Mihin panostettava ? Mistä tingitään ?
Tehokas Kevyt, yksinkertainen ja edullinen Tietosuojattu Standardien mukainen Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

27 Tärkeimmät sovellukset Mihin panostettava ? Mistä tingitään ?
Prosessiautomaatio Logistiikka Käytön ja kunnon valvonta Kiinteistöautomaatio Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

28 Tärkein tekniikka Mihin panostettava ? Mistä tingitään ?
PC-verkko (esim.WLAN) Hyvin yksinkertainen (esim.RFID) Suuri siirtonopeus (esim. UWB tai BT) Kevyet lyhyen kantaman verkot (esim. ZigBee tai TUTWSN) Mobiiliverkot Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences

29 Seinäjoki University of Applied Sciences
Väitteitä ! Nykyiset standardit kelvottomia: liian raskaita ja joustamattomia ! Salausta ei tarvita, koska kantomatkat ovat lyhyitä anturi/toimilaiteverkossa ! Tarvitaan avoin, lisenssivapaa tekniikka ! Nykytekniikalla on käyttöä vain tuotannon ulkopuolella ! Heikki Palomäki Seinäjoki University of Applied Sciences